Sistem Operasi Proses dan Thread
Proses Abstraksi paling utama dalam sebuah sistem operasi Proses adalah abstraksi dari sebuah program yang sedang berjalan (running program): lebih detail pada model proses Abstraksi proses memungkinkan sistem komputer untuk menjalankan lebih dari satu tugas dalam waktu yang sama (secara semu/pseudo) meskipun hanya tersedia satu CPU
Proses Kemampuan untuk menjalankan banyak proses pada satu waktu dimungkinkan dengan adanya dukungan hardware pada mikroprosesor Satu CPU banyak virtual CPU Dengan abstraksi proses (dan thread) maka konkurensi dapat dicapai Teknik yang digunakan untuk mencapai konkurensi pada umumnya adalah melakukan penggiliran (switch) dari satu proses ke proses lain secara cepat
Proses Disebut dengan pseudoparallellism: paralelisme semu Lain halnya jika tersedia lebih dari satu CPU (multiprocessor): real parallelism, paralelism nyata karena betul-betul ada lebih dari satu proses yang berjalan pada satu waktu
Model proses Semua perangkat lunak yang dapat di-running (runnable software) dikelompokkan menjadi proses-proses berurutan (sequential processes) atau singkatnya proses Termasuk di dalam setiap proses adalah program counter (IP), register, dan variabel: setiap proses memiliki CPU -nya sendiri-sendiri (virtual CPU) Multiprogramming: menggilir program secara cepat
Model proses a. Multiprogramming 4 buah program b. Secara konseptual adalah 4 program yang independen c. Hanya 1 program yang aktif dalam 1 waktu
Model proses Karena cara mencapai paralelisme dilakukan dengan menggilir proses, maka dalam membuat program tidak boleh mengasumsikan mengenai pewaktuan (timing) Namun, normalnya proses tidak terpengaruh terhadap teknik multiprogramming yang diterapkan pada sistem operasi maupun kecepatan CPU
Penciptaan proses Inisialisasi sistem Eksekusi pemanggilan sistem penciptaan proses oleh proses yang sedang berjalan Permintaan pengguna untuk menjalankan sebuah proses Dimulainya sebuah batch job
Terminasi proses Normal exit Error exit Fatal error Killed by another process Suka rela/voluntary Terpaksa/ involuntary
Hirarki proses Pada beberapa sistem operasi, pencipataan proses dapat membentuk hirarki Parent process & child process Pada UNIX, parent dan seluruh child process membentuk process group: sinyal dikirimkan ke seluruh anggota process group Pada UNIX, induk dari seluruh proses adalah init Hirarki tidak berlaku pada Windows: semua proses memiliki jenjang yan g sama
Status proses Running: sedang menggunakan CPU Ready: siap untuk di-run setiap saat, sedang berhenti Blocked: tidak siap untuk di-run sampai suatu event terjadi
Implementasi proses Model proses di dalam sistem operasi dikelola dalam process table/process control block: masing-masing proses memiliki satu entri pada process table Berisi informasi: process state, program counter, stack pointer, dll
Implementasi proses Beberapa informasi yang umumnya disimpan di dalam process table
Implementasi proses Bagaimana multiprogramming sesungguhnya dilakukan?
Pemodelan multiprogramming Utilisasi CPU dibanding jumlah proses CPU utilization 1 p n ; n jumlah proses Degree of multiprogramming
Thread Proses di dalam proses: paralelisme di dalam suatu proses Alasan: Memecah menjadi proses-proses kecil mempermudah dalam model pemrogrammannya Menciptakan dan menghancurkan thread lebih cepat dan mudah Meningkatkan unjuk kerja di dalam suatu proses: jika gabungan antara CPU dan I/O bound Sangat berguna pada sistem multiprosesor
Contoh thread Word processor dengan 3 thread
Contoh thread Web server
Contoh thread Cuplikan program Web server: (a) dispatcher thread, (b) worker thread
Model thread klasik Model proses didasari atas 2 konsep yang independen: resource grouping dan execution Proses (resource grouping): cara mengelompokkan sumber daya yang saling terkait instruksi mesin, data, address space, program counter, open file, dll Thread (execution): alur eksekusi, memiliki program counter, stack, dll ( subset dari process table)
Model thread klasik Proses dan thread adalah konsep yang berbeda: proses mengelompokkan sumber daya sementara thread adalah entitas yang dijadwalkan untuk dieksekusi oleh CPU Analogi (rekursi): Proses berbagi memori/ram, disk, mouse, dll Thread berbagi address space dan sumber daya yang dimiliki proses (open file, variabel, dll)
Model thread klasik (a) Single threaded, (b) multithreaded
Model thread klasik Tidak ada proteksi pada thread karena: Impossible Tidak diperlukan Mengapa?
Model thread klasik Sama halnya dengan proses, thread bisa jadi berada di antara 4 kondisi: running, ready, blocked atau terminated Setiap thread memiliki stack tersendiri karena masing-masing memiliki sejarah eksekusi yang berbeda
Model klasik thread Beberapa perintah terkait dengan thread: thread_create, thread_exit, thread_join, thread_yield Thread tidak dapat dikontrol oleh interupsi clock seperti halnya proses, oleh karena itu thread harus menyerahkan CPU secara sukarela dengan perintah thread_yield
Model klasik thread Masalah yang timbul akibat adanya thread: Jika parent process memiliki banyak thread, apakah child process juga mewarisi thread tersebut? Bagaimana jika tidak mewarisi semua thread, padahal thread tersebut dibutuhkan agar proses dapat berjalan? Apa yang terjadi pada thread di masing-masing parent dan child process pada saat terjadi event I/O? Apakah keduanya mendapatkan event yang sama? Bagaimana jika satu thread menutup file sementara masih dibaca oleh thread lain?
Implementasi thread User space Kernel space Hybrid
Interprocess communication Interprocess communication = IPC Komunikasi dapat terjadi di antara proses Contoh: perintah pipe pada shell yang mengirimkan data dari satu proses ke proses lain Komunikasi antarproses pada dasarnya adalah: Bagaimana cara proses mengirimkan informasi ke proses lain Menjamin proses tidak saling mendahului Menjamin urutan eksekusi proses ketika ada dependensi
Contoh, print spooler Proses yang ingin mencetak memasukkan nama file ke dalam spooler directory Printer daemon memeriksa spooler directory apakah ada file yang harus dicetak Ada 2 proses, A & B, ingin mencetak Race condition
Critical region Untuk menjamin race condition tidak terjadi, maka harus ada mekanisme yang mencegah lebih dari satu proses membaca dan menulis sumber daya bersama Dengan kata lain, mutual exclusion Bagian proses yang sedang mengakses sumber daya bersama disebut sebagai critical region atau critical section
Critical region Untuk menghindari race condition: Tidak boleh ada 2 proses berada di dalam critical region Tidak boleh ada asumsi mengenai kecepatan dan jumlah CPU Proses yang tidak berada pada critical region tidak boleh mem-blok proses lain Proses tidak boleh menunggu selamanya untuk masuk ke dalam critical region
Critical region Mutual exclusion dengan critical region
Berbagai teknik mutual exclusion Busy waiting Sleep and wakeup Semaphore Mutex Monitor Message passing Barrier